一个用于预测秸秆闪速焦耳加热热解的集成平台：利用HRF算法优化三相产物的产率和性能

《Fuel Communications》：An integrated platform for predicting straw pyrolysis by flash joule heating: Optimizing three-phase product yields and properties using HRF algorithm

本文研究岩浆侵入对东达曼达尔盆地Jharia和Raniganj煤田煤物性与有机地球化学性质的影响，采用低压气体吸附、Rock-Eval热解等方法，发现近侵入体煤热成熟度高、镜质组富集但微孔体积减少，导致气体储存能力下降但渗漏能力增强；未受影响煤孔隙连通性差，可能阻碍气体运输，形成二次微裂缝和脱挥发分空腔，影响储层特性和气化潜力，为优化CBM开采和安全规程提供依据。

　　这项研究探讨了火成岩侵入对印度达摩达尔盆地贾里亚和兰尼加煤田中煤炭的物理和有机地球化学演变的影响。研究团队通过多种实验方法，包括低压气体吸附、Rock-Eval热解、扫描电子显微镜（SEM）、煤显微组分分析以及近似和终极分析，对煤样进行了系统性的分析。研究结果显示，靠近火成岩侵入区域的煤样表现出明显的热变质作用，其热成熟度（VRr高达1.406%）和镜煤含量显著增加，但微孔体积减少，导致气体储存能力下降，但气体渗透性增强。相反，未受火成岩影响的煤样则显示出较弱的热变质作用，其孔隙结构呈现半封闭瓶颈状，孔隙连通性较差，这可能对气体运输构成障碍。

火成岩侵入通常会带来显著的温度升高，这种高温环境会促进煤的热成熟和煤化作用，同时改变煤的微观结构和机械特性。通过接触和区域变质作用，火成岩侵入能够加速煤的热成熟过程，增强煤的孔隙发育和吸附能力，从而导致更多的甲烷气体被吸附在孔隙中，增加煤层中甲烷气体的储存量。这种变化可能进一步提高甲烷气体突发的风险，这在多个全球煤田中都有相关报道，如Appin煤田、Highveld煤田和Huaibei煤田等。

此外，研究团队指出，虽然已有大量关于火成岩侵入对煤的影响的研究，但大多数研究主要集中在有机地球化学变化上，对煤的物理演变关注较少。以往的研究大多集中在像Raton盆地、Tiefa盆地、Sumatra盆地、Illinois盆地和Karoo盆地这样的全球性煤盆地，而对达摩达尔盆地煤的系统研究仍然较为有限。因此，本研究通过对比受火成岩影响和未受影响的煤样，进一步揭示了火成岩侵入对煤的物理和化学特性的影响。

在实验方法方面，研究团队采集了来自贾里亚和兰尼加煤田四个不同地下地质剖面的十四份煤样，并将它们送往实验室进行分析。这些煤样被收集为“抓取”样本，尺寸约为30厘米×20厘米×15厘米。其中，R-VI和R-VIII来自未受影响的区域，而受影响的煤样则位于侵入体周围0至100米的范围内。通过这种方法，研究团队能够全面了解火成岩侵入对煤的物理和化学特性的影响。

在近似和终极分析方面，研究团队发现煤的化学成分（包括水分含量、灰分产率、挥发分、固定碳以及碳、氢、氮和硫的含量）在靠近侵入体的位置发生了显著变化。水分含量和灰分产率的变化表明煤在高温环境下的物理和化学性质发生了改变。这些变化进一步揭示了火成岩侵入对煤的热成熟和物理结构的影响。

在研究火成岩侵入对煤级的影响时，研究团队分析了自由烃（S1）和剩余源潜力（S2）随距离变化的情况。由于沥青的脱挥发或转化为烃类物质，S2值从远离侵入体的250.23毫克HC/克逐渐下降到靠近侵入体的84.18毫克HC/克。HI值在未受影响的煤中变化较大，范围在261至359毫克HC/克之间，而在靠近侵入体的煤中HI值下降至130毫克HC/克，这一变化与Clayton和Bosttck（1985）的研究结果一致。

研究还指出，火成岩侵入不仅改变了煤的热成熟度和有机物组成，还对煤的孔隙结构和连通性产生了深远影响。通过形成次生微裂缝和脱挥发气泡，火成岩侵入进一步改变了孔隙的连通性，从而影响了煤储层的特性以及煤层气（CBM）的回收潜力。这些变化可能对煤的储气和输运特性产生重要影响，为优化CBM的开采和制定安全的采矿规程提供了关键的见解。

在研究区域方面，达摩达尔盆地是印度古生代盆地中较为重要的一部分，这些盆地通常沿着特定的、清晰的线性带分布，主要由河流谷地的沉积作用形成。达摩达尔盆地的煤层主要分布在贾里亚和兰尼加煤田，这些区域的煤层受到了长期的火成岩侵入影响，导致煤的热成熟度和物理特性发生了显著变化。

研究团队通过多种实验方法，包括低压气体吸附、Rock-Eval热解、煤的显微组分分析以及化学分析，对煤的热成熟和物理演变进行了系统研究。研究结果表明，靠近火成岩侵入区域的煤样表现出显著的热变质作用，其热成熟度和镜煤含量显著增加，但微孔体积减少，导致气体储存能力下降，但气体渗透性增强。相反，未受影响的煤样则显示出较弱的热变质作用，其孔隙结构呈现半封闭瓶颈状，孔隙连通性较差，这可能对气体运输构成障碍。

研究还强调，火成岩侵入对煤的影响不仅局限于有机地球化学变化，还涉及煤的物理结构和连通性。通过形成次生微裂缝和脱挥发气泡，火成岩侵入进一步改变了孔隙的连通性，从而影响了煤储层的特性以及煤层气（CBM）的回收潜力。这些变化可能对煤的储气和输运特性产生重要影响，为优化CBM的开采和制定安全的采矿规程提供了关键的见解。

研究团队指出，虽然已有大量关于火成岩侵入对煤的影响的研究，但大多数研究主要集中在有机地球化学变化上，对煤的物理演变关注较少。以往的研究大多集中在像Raton盆地、Tiefa盆地、Sumatra盆地、Illinois盆地和Karoo盆地这样的全球性煤盆地，而对达摩达尔盆地煤的系统研究仍然较为有限。因此，本研究通过对比受火成岩影响和未受影响的煤样，进一步揭示了火成岩侵入对煤的物理和化学特性的影响。

此外，研究团队还指出，火成岩侵入对煤的影响是长期且广泛的，这与实验室中的短期加热条件不同。火成岩侵入会使得煤和煤系岩石长时间暴露在高温环境中，从而导致煤的物理和化学特性发生彻底和广泛的变化。通过这种对比，研究团队能够更准确地评估火成岩侵入对煤的影响。

研究还发现，火成岩侵入对煤的孔隙结构和连通性产生了深远影响。通过形成次生微裂缝和脱挥发气泡，火成岩侵入进一步改变了孔隙的连通性，从而影响了煤储层的特性以及煤层气（CBM）的回收潜力。这些变化可能对煤的储气和输运特性产生重要影响，为优化CBM的开采和制定安全的采矿规程提供了关键的见解。

研究团队还指出，煤的孔隙结构和连通性在火成岩侵入的影响下发生了显著变化。这种变化不仅影响了煤的储气能力，还可能对煤的输运特性产生影响。通过分析煤的孔隙结构和连通性，研究团队能够更好地理解火成岩侵入对煤的影响，并为优化CBM的开采和制定安全的采矿规程提供依据。

研究团队认为，火成岩侵入对煤的影响是多方面的，包括热变质作用、孔隙结构变化、吸附能力改变以及气体输运特性的变化。这些变化可能对煤的储气和输运特性产生重要影响，为优化CBM的开采和制定安全的采矿规程提供了关键的见解。

研究团队还强调，火成岩侵入对煤的影响不仅局限于热变质作用，还涉及煤的化学组成和矿物成分的变化。这些变化可能进一步影响煤的孔隙结构和连通性，从而影响煤储层的特性以及煤层气（CBM）的回收潜力。通过这些分析，研究团队能够更全面地理解火成岩侵入对煤的影响，并为优化CBM的开采和制定安全的采矿规程提供依据。

此外，研究团队还指出，火成岩侵入对煤的影响是长期且广泛的，这与实验室中的短期加热条件不同。火成岩侵入会使得煤和煤系岩石长时间暴露在高温环境中，从而导致煤的物理和化学特性发生彻底和广泛的变化。通过这种对比，研究团队能够更准确地评估火成岩侵入对煤的影响，并为优化CBM的开采和制定安全的采矿规程提供依据。

研究团队还发现，火成岩侵入对煤的影响是复杂的，涉及热变质作用、化学组成变化、矿物成分变化以及孔隙结构和连通性的变化。这些变化可能对煤的储气和输运特性产生重要影响，为优化CBM的开采和制定安全的采矿规程提供了关键的见解。

综上所述，这项研究通过多方面的实验方法，深入探讨了火成岩侵入对煤的物理和化学特性的影响。研究结果表明，火成岩侵入对煤的影响是显著的，不仅改变了煤的热成熟度和孔隙结构，还影响了煤的储气和输运特性。这些变化可能对煤的储气和输运特性产生重要影响，为优化CBM的开采和制定安全的采矿规程提供了关键的见解。研究团队希望通过这些研究结果，为煤层气的开采和煤矿的安全管理提供科学依据，促进煤炭资源的可持续利用。